1. Zielsetzung Die kapazitive Hyperthermie könnte aufgrund ihrer Verträglichkeit, der simplen Bedienbarkeit und den geringeren Kosten eine gute Alternative zu der wissenschaftlich besser untersuchten regionalen Tiefenhyperthermie (Antennensysteme) darstellen. Es liegt seit längerem eine gewisse Evidenz für die kapazitive Hyperthermie in Form klinischer Studien vor. Informationen zu konkreten Eindringtiefen oder Beeinflussungen von erreichten Temperaturen durch Inhomogenitäten, wie Knochen oder Fettschichten sind jedoch nicht beschrieben. Ziel dieser Arbeit ist deshalb die Evaluation der Leistungsfähigkeit und daraus folgender möglicher Indikationen und Limitationen des kapazitiven Systems. Darüber hinaus sollen die Messdaten mittels einer Simulationssoftware validiert werden. 2. Methoden Zur Evaluation der Leistungsfähigkeit kommen vier Messreihen zum Einsatz. Im Rahmen dieser Messreihen kommen homogene Agarosephantome aus muskeläquivalentem Material und inhomogene Agarosephantome mit Knochen- und Fettgewebe zum Einsatz. Anhand dieser Modelle werden am kapazitiven System die verschiedenen SAR-Tiefenprofile gemessen. Die vier Messreihen werden mit der Simulationssoftware Sim4Life rechnerisch nachgestellt. 3. Ergebnisse Die Messreihen des homogenen Phantoms konnten SAR-Werte >70 W/kg in den oberen 2 cm gemessen werden. Bis 4 cm Tiefe wurden Werte >40 W/kg erreicht. In der 8 cm tiefen Phantommitte konnten Werte >20 W/kg gezeigt werden. Die Daten des inhomogenen Phantoms mit integriertem Knochen zeigen eine positive Erwärmung um den Knochen herum, nicht aber innerhalb kortikaler Strukturen. Das inhomogene Phantom mit Fettschicht zeigt eine starke Energiedeponierung innerhalb und unmittelbar unterhalb der Fettschicht mit geringerer SAR in der Tiefe. Die relativen Werte der vier Messreihen konnten bis auf geringe Abweichungen in ihrem SAR-Tiefenprofil mittels Sim4Life validiert werden. 4. Schlussfolgerung Die Analyse der vier Messreihen deutet auf mögliche Indikationen der kapazitiven Hyperthermie in oberflächlichen und mitteltiefen Läsionen hin. Denkbare Indikationen sind demnach der Extremitätenbereich, der oberflächliche Körperstamm, sowie der Kopf-Hals Bereich. Ob eine Behandlung am kapazitiven System infrage kommt hängt außerdem von den zu erhitzenden Gewebsstrukturen ab. Von entscheidender Bedeutung für die Indikationsfindung ist demnach die Tumorlage und Tumorbeschaffenheit, sowie der Habitus des Patienten. Somit könnte unter weiterer Berücksichtigung der Perfusion des Tumors eine erforderliche SAR für den gewünschten Temperaturanstieg bestimmt werden und eine Indikation für eine Behandlung am kapazitiven System individuell gestellt werden. Die Übereinstimmung der Simulationsrechnungen mit den realen Messwerten erhöht die Validität der Phantommodelle und bietet die Möglichkeit der Vorhersage von elektromagnetischen Effekten am kapazitiven System.
1. Objectives Capacitive hyperthermia could be a good alternative to the scientifically better investigated regional deep hyperthermia (antenna systems) due to its comparatively good tolerability, simple operation and lower costs. There has been a certain amount of evidence for capacitive hyperthermia in the form of clinical studies for a long time. However, no information is available on concrete penetration depths or the influence of inhomogeneities such as bones or fat layers on temperatures reached. Therefore, the aim of this thesis is the evaluation of the performance and the resulting possible indications and limitations of the capacitive system on the model. Furthermore, the measurement data shall be validated by means of a simulation software. 2. Methods Four series of measurement are used to evaluate the performance of capacitive hyperthermia. These series of measurement include homogeneous agarose phantoms made of muscle-equivalent material and inhomogeneous agarose phantoms with bone and fat tissue for use. Using these models, the different SAR depth profiles are measured on the capacitive system. The measurement series are computationally simulated with the simulation software Sim4Life.
3. Results The series of measurements of the homogeneous phantom could measure SAR values >70 W/kg in the upper 2 cm. Values >40 W/kg were achieved up to a depth of 4 cm. In the 8 cm deep phantom center values >20 W/kg could be shown. The data of the inhomogeneous phantom with integrated bone show a positive heating around the bone but not within cortical structures. The inhomogeneous phantom with fat layer shows a strong energy deposition within and immediately below the fat layer with lower SAR in depth. The relative values of the measurement series could be validated with Sim4Life except for small deviations in their SAR depth profile.
4. Conclusion The analysis of the different series of measurement suggests possible indications of capacitive hyperthermia in superficial and medium-deep lesions. Possible indications are therefore the extremities, the superficial trunk, as well as the head and neck area. Whether a treatment on the capacitive system is possible also depends on the tissue structures to be heated. The location and nature of the tumor, as well as the patient's habitus, are therefore of decisive importance for finding an indication. Thus, under further consideration of the perfusion of the tumor, a required SAR for the desired temperature increase could be determined and an indication for a treatment at the capacitive system could be given individually. The correspondence of the simulation calculations with the real measured values increases the validity of the phantom models and offers the possibility of predicting electromagnetic effects of the capacitive system.
